Teme

Tražilica

Tehno-ekonomska analiza nuklearnih elektrana i usporedba s ostalim izvorima električne energije

Nuklearne elektrane su se tijekom gotovo šezdesetgodišnjeg korištenja dokazale kao pouzdana, ekološki prihvatljiva i  ekonomična postrojenja za proizvodnju električne energije. Razvoj nuklearnih elektrana bio je usmjeren prema povećanju sigurnosti pogona i ekonomskoj konkurentnosti. Kao rezultat tog razvoja za izgradnju je spremno ili se gradi više tipova nuklearnih elektrana treće generacije koje su vrlo sigurne i ekonomski kompetitivne.

Nuklearne elektrane mogu cijenom konkurirati elektranama koje koriste druge izvore energije osim u regijama koje na raspolaganju imaju jeftina fosilna goriva. Udio troškova goriva u ukupnim troškovima proizvodnje električne energije u nuklearnoj elektrani manji je nego kod termoelektrana na ugljen i plin, dok je udio investicijskih troškova veći nego kod termoelektrana na ugljen a puno veći nego kod termoelektrana na plin. Cijena energije iz nuklearne elektrane sadrži takozvane eksterne troškove koji uključuju troškove dekomisije i odlaganja otpada dok cijena energije iz termoelektrana na ugljen i plin ne sadrži eksterne troškove. Ako se uzmu u obzir eksterni troškovi, te ako se kao mjera protiv globalnog zatopljenja uvede porez na emisije ugljičnog dioksida tada su  nuklearne elektrane  po cijeni električne energije povoljnije ili barem na istoj razini kao i elektrane na fosilna goriva. Nuklearne elektrane su po jediničnoj cijeni električne energije povoljnije i od većine elektrana koje koriste obnovljive izvore energije. Jedino u državama koje imaju posebno dobre hidrološke i meteorološke uvjete nuklearnim elektranama po cijeni mogu konkurirati hidroelektrane i vjetroelektrane na kopnu.Gravelines

Nuklearna elektrana Gravelines u Francuskoj (5706 MW)– 27. kolovoza 2010. godine postala je prva elektrana na svijetu koja je, tijekom cjelokupnog rada, isporučila više od 1000 TWh električne energije

Načinjen je niz studija koje uspoređuju cijene električne energije iz različitih izvora. Najkvalitetnija i najopsežnija analiza je revizija studije “Prognoze cijena u proizvodnji električne energije” (Nuclear Energy Agency-International Energy Agency: Projected Costs of Generating Electricity, OECD, 2010 Update). Studija je napravljena po ustaljenoj metodologiji Međunarodne energetske agencije (International Energy Agency-IEA) i Agencije za nuklearnu energiju (Nuclear Energy Agency-NEA), te se može smatrati objektivnom i pouzdanom. Studija uzima u obzir specifične uvjete pojedinih zemalja na temelju podataka za 190 projekata elektrana na ugljen, plinskih, nuklearnih, eolskih, solarnih i velikih hidroelektrana. Jedinične cijene električne energije za sve tipove elektrana dobivene su kao kvocijent svih troškova gradnje i pogona tog tipa elektrane i proizvedene električne energije u toj elektrani. Sve su jedinične cijene i troškovi diskontiranjem svedeni na isti vremenski termin (početak pogona elektrane). Tako izračunate jedinične cijene, tj. levelizirane jedinične cijene, predstavljaju prosjek za čitav radni vijek elektrane. U studiji IEA – NEA  izračunate su levelizirane jedinične cijene energije za elektrane koje bi ušle u pogon 2015. godine uz ujednačene pretpostavke za temeljni pogon (radni vijek 60 godina za nuklearne elektrane a 40 godina za ostale, iskorištenje 85%, diskontne stope 5% i 10%). Kod elektrana na fosilna goriva studija po prvi put uključuje eksterne troškove koji proizlaze iz emisije stakleničkih plinova u iznosu od 30 US$ po toni CO2. Kod nuklearnih elektrana uključeni su troškovi spremanja radioaktivnog otpada i razgradnje elektrane. Donja tablica pokazuje dobivene rezultate.

Tablica 1. Levelizirane jedinične cijene u USc/kWh za razne tipove elektrana

 Tip elektrane

Diskontna stopa 5%

Diskontna stopa 10%

Fosilna - ugljen

5,5 – 9,3

9,5 – 14,3

Fosilna - plin

7,1 – 10,5

8,2 – 12,0

Nuklearna

2,9 – 8,2

4,2 – 13,6

Vjetroelektrana-kopno

4,8 – 16,3

7,0 – 23,4

Vjetroelektrana -more

10,1 – 18,8

14,6 – 26,1

Solarna - fotovoltaična PV

12,3 – 62,7

18,9 – 93,5

Hidroelektrana - velika

1,2 – 23,2

2,3 – 45,9

 

Uz diskontnu stopu od 5% jedinična cijena nuklearne električne energije kreće se u rasponu od 2,9  do 8,2 USc/kWh, a za diskontnu stopu od 10% raspon je izmedju 4,2 i 13,6 USc/kWh. Jedinična cijena energije iz elektrana na ugljen kreće se u intervalu od 5,5 do 9,3 USc/kWh za diskontnu stopu od 5%, a u intervalu od 9,5 do 14,3 USc/kWh za diskontnu stopu od 10%.taichung

Najveća termoelektrana na ugljen na svijetu Taichung u Tajvanu (5500 MW) – najveći svjetski emiter CO2 – cca. 40 miliona tona godišnje – gotovo kao cijela Švicarska

Jedinična cijena energije iz elektrana na pl,in kreće se u intervalu od 7,1 do 10,5 USc/kWh za diskontnu stopu od 5%, a u intervalu od 8,2 do 12,0 USc/kWh za diskontnu stopu od 10%.surgut

Najveća termoelektrana na plin na svijetu Surgut-2 u Rusiji (5597 MW)

 

Kada nisu uključeni eksterni troškovi, termoelektrane na ugljen smještene u blizini površinskih kopova dobrog ugljena, kao na nekim lokacijama u SAD, mogu biti konkurentne nuklearnim elektranama.

Od obnovljivih izvora električne energije najpovoljnije su vjetroelektrane na kopnu čija se jedinična cijena energije kreće u intervalu od 4,8 do 16,3 USc/kWh za diskontnu stopu od 5%, a u intervalu od 7,0 do 23,4 USc/kWh za diskontnu stopu od 10%.alta

Najveća kopnena vjetro-farma na svijetu Alta Wind Energy Center u SAD-u (1320 MW) – 100 vjetroagregata snage 1,5 MW i 390 vjetroagregata snage 3 MW

Dosta su nepovoljnije vjetroelektrane na moru čija se jedinična cijena energije kreće u intervalu od 10,1 do 18,8 USc/kWh za diskontnu stopu od 5%, a u intervalu od 14,6 do 26,1 USc/kWh za diskontnu stopu od 10%.london

Najveća vjetro-farma na moru na svijetu (630 MW) London Array u Velikoj Britaniji – smještena na ušću rijeke Temze u Sjeverno more

Veliki hidropotencijali su u većini država iskorišteni tako da su za preostale lokacije jedinične cijene električne energije visoke osim u slučaju Kine i Brazila gdje postoje povoljne lokacije za velike hidroelektrane. Jedinična cijena energije iz hidroelektrana kreće se u intervalu od 1,2 do 23,2 USc/kWh za diskontnu stopu od 5%, a u intervalu od 2,3 do 45,9 USc/kWh za diskontnu stopu od 10%. Valja naglasiti da se niske jedinične cijene električne energije iz velikih hidroelektrana mogu postići samo u Kini i Brazilu zbog povoljnih hidroloških uvjeta i jeftine radne snage, dok se u državama OECD-a jedinične cijene energije iz velikih hidroelektrana nalaze u intervalu od 7,4 do 23,2 USc/kWh za diskontnu stopu od 5%, a u intervalu od 14,0 do 45,9 USc/kWh za diskontnu stopu od 10%.triklanca

Najveća hidroelektrana na svijetu Tri klanca u Kini (22500 MW)

Najviše su jedinične cijene iz solarnih fotovoltaičnih elektrana i nalaze se u intervalu od 12,3 do 62,7 USc/kWh za diskontnu stopu od 5%, a u intervalu od 18,9 do 93,5 USc/kWh za diskontnu stopu od 10%.topaz

Najveća solarna PV farma na svijetu Topaz Solar Farm u SAD-u (550 MW)

Iz navedenih podataka može se zaključiti da su nuklearne elektrane po jediničnoj cijeni električne energije povoljnije i od većine elektrana koje koriste obnovljive izvore energije. Jedino u državama koje imaju posebno dobre hidrološke i meteorološke uvjete nuklearnim elektranama po cijeni mogu konkurirati hidroelektrane i vjetroelektrane na kopnu.levelcost

Levelizirane jedinične cijene u USc/kWh uz 5% diskontnu stopu

U nastavku su navedeni rezultati novije američke studije koju je 2013. godine objavila US Energy Information Administration. Navedeni rezultati u skladu su s nalazima IEA-NEA studije. U američkoj studiji su dane jedinične cijene električne energije za razne tehnologije proizvodnje električne energije koje će ući u pogon 2018. godine u Sjedinjenim Američkim Državama. Za napredne nuklearne elektrane i elektrane na fosilna goriva (ugljen i plin) dobivene su jedinične cijene električne energije u intervalu od 10 do 11 USc/kWh, dok je jedinična cijena za napredne elektrane na ugljen koje imaju ugrađen sustav za uklanjanje ugljičnog dioksida (CCS) nešto veća i iznosi 13,6 USc/kWh. Najpovoljnije su vjetroelektrana na kopnu čija je jedinična cijena električne energije procijenjena na iznos od 8,7 USc/kWh, dok su vjetroelektrane na moru puno nepovoljnije s jediničnom cijenom od 22,2 USc/kWh. Solarne elektrane još uvijek nisu konkurentne ostalim elektranama jer se za njih očekuju više jedinične cijene električne energije i to 14,4 USc/kWh za fotovoltaične, te 26,2 USc/kWh za termičke solarne elektrane.

Da bi se moglo bolje procijeniti ekonomsku povoljnost pojedinog izvora energije potrebno je analizirati strukturu cijene energije. Kod fosilnih i nuklearnih elektrana cijenu energije određuju troškovi investicije, troškovi goriva, te troškovi pogona i održavanja. Kod obnovljivih izvora (hidro, vjetar, valovi, solarna i geotermalna) nema troškova goriva. Struktura cijene bitno je ovisna o tipu elektrane. Nuklearne elektrane karakteriziraju visoki investicijski troškovi i niski troškovi goriva. Suprotnu strukturu imaju elektrane na naftu i naročito na plin, s niskim specifičnim investicijama ali skupim gorivom. Elektrane na ugljen su negdje između. Struktura cijene energije iz različitih elektrana prikazana je donjom tablicom. 

Tablica 2. Struktura cijene energije iz različitih elektrana 

Troškovi

Nuklearne

Ugljen

Plinske

Investicije

45 – 70%

25 – 55%

10 – 18%

Gorivo

9 –15%

35 – 60%

75 – 85%

Pogon i održavanje

15 – 30%

10 – 20%

5 – 10%

Ukupno 

100%

100%

100%

 

Ono što proizlazi iz gornje strukture cijene jest mala osjetljivost cijene nuklearne energije na porast cijene urana, dok je osjetljivost cijene energije iz plinskih elektrana velika, odgovarajuće  velikom udjelu troškova goriva u cijeni energije.

Kao ilustraciju investicijskih troškova za finsku nuklearnu elektranu Olkiluoto 3 snage 1600 MW u gradnji ugovorena je svota od 3 milijarde eura kao ukupni investicijski trošak, što iznosi 1875 eura po kilovatu (oko 2800 US$/kW). Zbog kašnjenja i mnogih problema tijekom gradnje investicijski troškovi za tu elektranu eskalirali su do razine više od 7000 US$ /kW. U studiji IEA-NEA iz 2010. godine za nuklearne elektrane raspon investicijskih troškova bez kamata za vrijeme gradnje (overnight cost) ide od 1556 US$/kW u Južnoj Koreji do 5863 US$/kW u Švicarskoj. Srednja vrijednost investicijskih troškova za nuklearne elektrane na svjetskoj razini iznosi 4100 US$/kW. Investicijski troškovi kod elektrana na ugljen kreću se u rasponu od 807–2719 US$/kW. Kod plinskih elektrana raspon je investicijskih troškova od 635-1747 US$/kW, a kod vjetroelektrana na kopnu od 1821–3716 US$/kW. Te karakteristike određuju načine korištenja elektrana. Zbog malih troškova goriva, a i pogonskih karakteristika ekonomski je povoljno da se nuklearne elektrane koriste za bazno opterećenje sa što većim iskorištenjem kapaciteta. Plinske elektrane pogodne su za vršna opterećenja. Mali investicijski troškovi u odnosu na troškove goriva ne predstavljaju veliko opterećenje i pri manjem godišnjem iskorištenju. Kod nuklearnih elektrana visoke specifične investicije predstavljaju financijsko opterećenje za zemlje s manje kapitala, bez obzira na povoljnu cijenu energije. Jedan od ciljeva razvoja u tzv. Generaciji 4 reaktora je smanjenje specifičnih investicija. To će reducirati glavnu komponentu u cijeni nuklearne energije, ali i omogućiti širu dostupnost nuklearnih elektrana u državama s ograničenim kapitalom. Jedan već razrađen projekt koji se realizira u Kini i Sjedinjenim Američkim Državama je američki Glossary Link reaktor AP1000 kod kojeg je zahvaljujući pasivnim sigurnosnim sustavima specifična investicija nešto niža.

Pod eksternim troškovima u proizvodnji energije podrazumijevaju se novčano izraženi štetni učinci u okolišu energetskih instalacija i instalacija gorivnog ciklusa uslijed emisije tvari (plinovi i čestice) i energije (toplina, zračenja, buka), a koji nisu već uključeni u obračun cijene energije. Zbog raznolikosti izvora energije i učinaka pristupi su složeni i neujednačeni. Zajednička studija SAD i Europske Zajednice započela je 1991. godine i rezultirala metodologijom pod nazivom ExternE. Metodologija ExternE danas je široko prihvaćena od znanstvenika i stručne zajednice i predstavlja referentnu studiju u ovom području. Iako još ne postoji zakonska regulativa koja bi obvezivala proizvođače i potrošače na pokrivanje eksternih troškova razvijena metodologija omogućuje da se ekonomičnost i povoljnost pojedinih izvora ocijenjuje sa stajališta interesa šire društvene zajednice koja snosi posljedice eksternih učinaka. Premda metodologija obračuna eksternih troškova još nije potpuno ujednačena, evidentno je da su oni za elektrane na fosilna goriva puno veći nego za nuklearne elektrane. Za nuklearne elektrane eksterni troškovi, koji uključuju rizike teških akcidenata i radiološke posljedice jalovine iz rudnika urana, iznose oko 0,4 EURc/kWh. Za fosilne elektrane eksterni troškovi, koji uključuju rizike od emisija svih mogućih polutanata, su za elektrane na ugljen u intervalu (4,1-7,3) EURc/kWh, dok su za elektrane na plin u intervalu (1,3-2,3) EURc/kWh. Eksterni troškovi obnovljivih izvora su maleni i za hidroelektrane su na istoj razini kao i za nuklearne elektrane (0,4 EURc/kWh) dok su jedino za vjetroelektrane niži od nuklearnih eksternih troškova i nalaze se u intervalu (0,1-0,2) EURc/kWh.

Premda nema općenitu važnost zanimljiva je komparativna studija napravljena u Finskoj vezana uz finsku odluku o gradnji pete nuklearne elektrane, jer uključuje eksterne troškove. Uzimajući u obzir eksterne troškove ekonomska prednost nuklearne energije u odnosu na termoelektrane na ugljen i plin je evidentna. Donja tablica pokazuje učinak uključenja eksternih troškova ako se trošak emisije ugljičnog dioksida obračuna po cijeni 20 eura po toni ugljičnog dioksida.                       Tablica 3. Učinak troškova emisije ugljičnog dioksida na cijenu energije 

Cijena električne energije u EURc/kWh

Nuklearna

Ugljen

Plin

Bez obračuna eksternih troškova

2,37

3,59

3,4

Sa uračunatim eksternim troškovima

2,37

5,21

4,1